퍼멀로이
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1. 개요
퍼멀로이는 20세기 초 해저 전신 케이블의 인덕턴스 보상을 위해 개발된 니켈과 철의 합금이다. 니켈 함량에 따라 특성이 달라지며, 78-퍼멀로이, 45-퍼멀로이, 36-퍼멀로이, 퍼멀로이 C, 슈퍼멀로이 등이 있다. 높은 투자율과 낮은 보자력을 가져, 자기 센서, 변압기, 인덕터, 자기 차폐 재료 등 다양한 분야에 활용된다.
퍼멀로이는 해저 전신 케이블의 인덕턴스 보상을 위해 개발되었다. 1860년대 설치된 최초의 대서양 횡단 해저 전신 케이블은 긴 도체로 인한 왜곡으로 신호 전송 속도가 분당 10~12단어로 제한되었다.[3] 1885년 올리버 헤비사이드가 왜곡 없는 신호 전송 조건을 수학적으로 규명했고,[4] 1902년 덴마크의 칼 에밀 크라룹이 철선을 감아 인덕턴스를 증가시키는 방법을 제안했지만, 철은 충분한 투자율을 가지지 못했다. 1914년 벨 연구소의 구스타프 엘먼이 규소강보다 높은 투자율을 가진 퍼멀로이를 발견했고,[1] 1923년에는 열처리를 통해 투자율을 더욱 향상시킬 수 있음을 발견했다.[5] 퍼멀로이 테이프를 사용하면 전신 케이블의 신호 전송 속도를 네 배까지 높일 수 있었다.[3]
퍼멀로이는 다양한 조성으로 만들어지며, 니켈의 함량(무게 기준)에 따라 숫자를 붙여 구분한다. 예를 들어 "45 퍼멀로이"는 니켈 45%, 철 55%를 포함한다. "몰리브덴 퍼멀로이"는 니켈 81%, 철 17%, 몰리브덴 2%로 구성되는데, 1940년 벨 연구소에서 개발하여 장거리 구리 전신선의 통신 속도를 크게 높였다.[4]
2. 역사
이러한 케이블 보상 방법은 1930년대에 감소했지만, 제2차 세계 대전까지 퍼멀로이는 전자공학 분야에서 다양하게 활용되었다.
2. 1. 개발
퍼멀로이는 20세기 초반에 해저 전신 케이블의 인덕턴스 보상을 위해 처음 개발되었다.[3] 최초의 대서양 횡단 해저 전신 케이블이 1860년대에 설치되었을 때, 긴 도체가 왜곡을 일으켜 최대 신호 전송 속도가 분당 10~12단어로 제한된다는 사실이 밝혀졌다.[3] 케이블을 통해 왜곡 없이 신호를 전송하기 위한 적절한 조건은 1885년 올리버 헤비사이드에 의해 수학적으로 처음으로 규명되었다.[4] 1902년 덴마크의 칼 에밀 크라룹은 케이블에 철선을 감아 인덕턴스를 증가시켜 부하선로로 만들면 왜곡을 줄일 수 있다고 제안했다. 그러나 철은 대서양 횡단 케이블을 보상하기에 충분한 투자율을 가지고 있지 않았다. 오랜 연구 끝에 1914년 벨 연구소의 구스타프 엘먼이 규소강보다 높은 투자율을 가진 퍼멀로이를 발견했다.[1] 나중에 1923년, 그는 열처리를 통해 퍼멀로이의 투자율을 크게 향상시킬 수 있다는 사실을 발견했다.[5] 퍼멀로이 테이프를 감으면 전신 케이블의 신호 전송 속도를 네 배까지 높일 수 있다고 알려졌다.[3]
이러한 케이블 보상 방법은 1930년대에 감소했지만, 제2차 세계 대전까지 퍼멀로이는 전자공학 분야에서 많은 용도로 사용되었다.
3. 조성 및 분류
Fe-Ni 이원계 합금은 니켈 함량이 약 78.5%일 때 초기 투자율이 가장 크다. 이 조성을 가진 합금을 좁은 의미에서 퍼멀로이(78-퍼멀로이, JIS 규격 퍼멀로이 A)라고 한다. 니켈 함량이 적으면 투자율은 작아지지만 포화자속밀도는 커지므로, 용도에 따라 36-퍼멀로이(JIS 규격 퍼멀로이 D), 45-퍼멀로이(JIS 규격 퍼멀로이 B) 등을 사용한다.
78-퍼멀로이에 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 크로뮴(Cr) 등을 첨가하면 투자율을 더 높일 수 있는데, 이를 JIS 규격에서는 퍼멀로이 C라고 부른다.
3. 1. 조성
퍼멀로이는 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금으로, 니켈 함량에 따라 특성이 달라진다. "45 퍼멀로이"는 니켈 45%, 철 55%를 포함한다. 1940년 벨 연구소는 니켈 81%, 철 17%, 몰리브덴 2%로 구성된 "몰리브덴 퍼멀로이"를 발명해 장거리 구리 전신선의 통신 속도를 크게 향상시켰다.[4] 슈퍼멀로이는 니켈 79%, 철 16%, 몰리브덴 5%로 구성된 "연자성" 재료로, 높은 투자율과 낮은 보자력을 가진다.
Fe-Ni 이원계 합금은 Ni 함량이 약 78.5% 부근일 때 초기 투자율이 가장 크다. 이 조성의 합금을 좁은 의미에서 퍼멀로이라고 하며, 78-퍼멀로이 또는 JIS 규격에서 퍼멀로이 A라고도 한다.
Ni 함량이 적으면 투자율은 작아지지만 포화자속밀도는 커진다. Ni 함량이 36%인 36-퍼멀로이(JIS 규격 퍼멀로이 D), 45%인 45-퍼멀로이(JIS 규격 퍼멀로이 B) 등이 사용된다.
78-퍼멀로이에 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 크로뮴(Cr) 등을 첨가하면 투자율을 더 높일 수 있으며, JIS 규격에서는 퍼멀로이 C라고 한다. 가장 높은 투자율을 가진 슈퍼멀로이는 니켈 79%, 몰리브덴 5%의 조성을 가진다.
| JIS 종류 | % Ni | % Cu | % Mo | Fe |
|---|---|---|---|---|
| 퍼멀로이 A | 78.5 | - | - | 나머지 |
| 퍼멀로이 B | 42〜49 | - | - | 나머지 |
| 퍼멀로이 C | 75〜78 | 4〜6 | - | 나머지 |
| 75〜80 | 1〜6 | 3〜5 | 나머지 | |
| 79〜82 | - | 3.5〜6 | 나머지 | |
| 퍼멀로이 D | 36 | - | - | 나머지 |
3. 2. 분류 (JIS 규격 기준)
JIS (일본공업규격)에서는 퍼멀로이를 조성에 따라 다음과 같이 분류한다.[4]| JIS 종류 | % Ni | % Cu | % Mo | Fe |
|---|---|---|---|---|
| 퍼멀로이 A (78-퍼멀로이) | 78.5 | - | - | 나머지 |
| 퍼멀로이 B (45-퍼멀로이) | 42〜49 | - | - | 나머지 |
| 퍼멀로이 C | 75〜78 | 4〜6 | - | 나머지 |
| 75〜80 | 1〜6 | 3〜5 | 나머지 | |
| 79〜82 | - | 3.5〜6 | 나머지 | |
| 퍼멀로이 D (36-퍼멀로이) | 36 | - | - | 나머지 |
4. 응용 분야
높은 투자율과 낮은 보자력으로 인해, 퍼멀로이는 효율적인 자기장 생성 및 감지가 필요한 응용 분야에 자주 사용된다.[6] 니켈과 철의 합금으로, 일반적으로 니켈 80%, 철 20%로 구성되는 이 자성 합금은 에너지 손실이 적어 자기 센서, 변압기, 인덕터의 성능 향상에 유익하다.[7] 퍼멀로이는 또한 외부 자기 간섭으로부터 전자 장비를 보호하는 자기 차폐 재료 생산에도 사용된다.[8]
- 자기 센서: 정밀한 자기장 측정이 필요한 센서에 사용된다.
- 변압기 및 인덕터 코어: 에너지 손실을 줄여 효율을 높인다.
- 자기 차폐: 외부 자기장으로부터 전자 장비를 보호한다.
- 해저 케이블: 20세기 초반, 퍼멀로이는 해저 전신 케이블의 인덕턴스 보상을 위해 처음 개발되었다.[3] 벨 연구소의 구스타프 엘먼이 개발하고, 열처리를 통해 투자율을 향상시킨 퍼멀로이 테이프를 감으면 전신 케이블의 신호 전송 속도를 네 배까지 높일 수 있다고 알려졌다.[3]
5. 한국에서의 활용
퍼멀로이는 높은 투자율과 낮은 보자력을 가져, 효율적으로 자기장을 만들거나 감지해야 하는 곳에 자주 사용된다.[6] 니켈과 철을 섞어 만든 합금으로, 보통 니켈 80%와 철 20%로 이루어진 이 합금은 에너지 손실이 적어 자기 센서, 변압기, 인덕터의 성능을 좋게 만드는 데 유용하다.[7] 또한, 퍼멀로이는 외부 자기장의 간섭으로부터 전자 장비를 보호하는 자기 차폐 재료를 만드는 데도 쓰인다.[8]
참조
[1]
논문
Permalloy, A New Magnetic Material of Very High Permeability
https://archive.org/[...]
American Tel. & Tel.
2012-12-06
[2]
서적
Introduction to Magnetism and Magnetic Materials
https://books.google[...]
CRC Press
[3]
웹사이트
150 Years Of Industry & Enterprise At Enderby's Wharf
http://atlantic-cabl[...]
FTL Design
2008-12-14
[4]
서적
Electricity
G. Bell & Sons
[5]
논문
Magnetic Alloys of Iron, Nickel, and Cobalt
https://archive.org/[...]
American Tel. & Tel.
2012-12-06
[6]
웹사이트
The role of soft magnetic powder in technology : identification and applications
https://powder.samat[...]
2024-07-15
[7]
서적
Smithells Metals Reference Book
Butterworth-Heinemann
[8]
논문
Measurement and Analysis of Magnetic Properties of Permalloy for Magnetic Shielding Devices under Different Temperature Environments
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